電渦流傳感器的研究與探討

1、檔案編號(hào):畢業(yè)設(shè)說明書題目：電渦流傳感器的研究與探討系 別：電氣工程系專業(yè)：生產(chǎn)過程自動(dòng)化班 級(jí)：姓 名：指導(dǎo)教師:（共 18 頁）年 月 日摘要：電渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)的新型傳感器。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、非接觸、響應(yīng)速度快、不受油污等介質(zhì)影響等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但目前的電渦流位移傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問題，這給傳感器的應(yīng)用造成了一定的影響。本文首先通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室所用的電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娐愤M(jìn)行研究和優(yōu) 化，進(jìn)而提高電路的抗干擾能力使測(cè)量結(jié)果的更加準(zhǔn)確。其次針對(duì)電渦流位移傳感器存在的測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問題的改善提出設(shè)想即：先對(duì)

2、電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈截面形狀及參 數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響；再從電路設(shè)計(jì)方面提高傳感 器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量程打下基礎(chǔ)；最后通過對(duì)電渦流傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析處理得出電渦流傳感器位移測(cè)量范圍的擴(kuò)展方法 和改善電渦流傳感器非線性問題的方法。關(guān)鍵詞：電渦流傳感器；位移測(cè)量；非線性；測(cè)量范圍Abstract： the eddy current sensor is a new type of sensor based on eddy current effect. Because it is simple in s

3、tructure, strong anti-jamming capability, high accuracy, non-contact, fast response, not polluted advantages such media influence, and been widely used.But the current electricity eddy displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem, the sensor to a sensor applications has

4、 caused some influence.This paper firstly eddy current sensor used in the laboratory experiment template circuit research and optimization, and improve the anti-interference ability of the circuit more accurate measurement results. Secondly according to the eddy current displacement sensor measureme

5、nt range small, there exist nonlinear problem of sensor to improve it puts forward the idea of the eddycurrentis: firstdisplacementdetectionsensors for displacementof the workingprinciples and applications, research analyzed the coil cross-sectionshape and eddy current transducer parameters on the l

6、inear measurement range and sensitivity influence; Again from circuit design of the sensor to improve stability and anti-jamming ability, so as to lay a foundation displacement measurement; extended range Finally based on displacement experiment eddy current sensors that analyzed with eddy current s

7、ensor displacement measurement range of extension methods and improving the eddy current sensor method of nonlinear problems.Keywords: the eddy current sensor; Displacement measurement;Nonlinear; Measurement range201引言1.1 渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 41.2 課題研究方案及研究意義 52電渦流傳感器的原理及應(yīng)用描述 62.1 電渦流傳感器的簡(jiǎn)介 62.1.1 傳感器構(gòu)成及電渦流傳

8、感器的工作原理 62.1.2 電渦流傳感器等效電路分析 72.2 電渦流傳感器的應(yīng)用 83電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì) 93.1 電渦流傳感器側(cè)位移原理 93.2 數(shù)據(jù)處理 103.3 實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論的應(yīng)用整合描述 134設(shè)想 134.1 對(duì)電渦流傳感器測(cè)量范圍小和非線性問題改善的設(shè)想 134.1.1 檢測(cè)線圈的選擇 134.1.2 檢測(cè)線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 134.2 電路設(shè)計(jì)的方向 144.3 設(shè)想總結(jié) 145 CSY-2000D型傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)臺(tái)維修記錄 151717參考文獻(xiàn)181引言1.1渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀早在1824年，加貝(Gambey)就發(fā)現(xiàn)：如果懸掛著而且正在擺動(dòng)的磁鐵下方 放

9、一塊銅板，磁鐵的擺動(dòng)會(huì)很快停止下來。這是首次發(fā)現(xiàn)電渦流存在的實(shí)驗(yàn)。 幾 年以后，傅科(Foucault)在研究了這些電磁現(xiàn)象后指出： 在強(qiáng)的不均勻磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 的銅盤中有電流存在。因此，渦流在一段時(shí)間內(nèi)叫傅科電流。1831年，法拉第(Faraday)在前人電磁實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生 電場(chǎng)，并總結(jié)出電磁感應(yīng)定律。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研 究和對(duì)電磁基本理論問題的數(shù)學(xué)分析都獲得了巨大的進(jìn)展。到 1873年，麥克斯 韋(Maxwell)系統(tǒng)的總結(jié)了前人有關(guān)電磁學(xué)說的全部成就并加以發(fā)展，得出了一 組以他的名字命名的電磁方程組。這組著名的麥克斯維方程組嚴(yán)整地描述

10、了一切 宏觀電磁現(xiàn)象，是解決大多數(shù)電磁學(xué)問題的基本理論工具，也是分析渦流實(shí)驗(yàn)方法的理論基礎(chǔ)。首先將電渦流現(xiàn)象和測(cè)量方法聯(lián)系起來的是休斯 (D. E. Hu曲es) 在1 879年的實(shí)驗(yàn)。休斯首先用感生電流的方法進(jìn)行了對(duì)不同金屬和合金的判斷 試驗(yàn)。他利用鐘的滴答聲在微音器里產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，得到的電脈沖通過一對(duì)彼此相同的線圈并使放在線圈里的金屬物體感生渦流。在用電話聽筒諦聽這個(gè)滴答聲 的同時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)平衡線圈系統(tǒng)，使話筒里的滴答聲消失。休斯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬材料 的形狀、大小和成分不同時(shí)，平衡線圈所需調(diào)節(jié)的程度不同，從而揭示了應(yīng)用渦 流對(duì)導(dǎo)電材料和零件進(jìn)行檢測(cè)的可能性。 休斯以后的相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，渦流檢測(cè)法

11、一直發(fā)展緩慢。盡管在二十世紀(jì)二十年代中期又出現(xiàn)了渦流測(cè)厚儀，第一臺(tái)渦流探傷儀(用于檢驗(yàn)焊接鋼管質(zhì)量)也于1935年研制成功，但是，直到第二次世界 大戰(zhàn)期間，德國和美國等少數(shù)國家的研究單位和大型企業(yè)才開始應(yīng)用少量實(shí)用化的渦流檢測(cè)設(shè)備。例如，1942年,德國的某航空工廠借助于西普研制的儀器對(duì)進(jìn)廠的鋁、鎂合金管材和棒材進(jìn)行 100%的自動(dòng)化檢查。這一時(shí)期由于理論上的局限性，抑制各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)渦流 檢測(cè)的影響還未找到有效的方法，因而，沒有從根本上取得有成效的突破和改進(jìn)。 1950-1954年，德國的福斯特(Foerster)博士發(fā)表了一系列論文，其中包括消 除渦流儀中某些干擾因素的理論和試驗(yàn)結(jié)果， 開

12、啟了現(xiàn)代渦流檢測(cè)方法和設(shè)備的 研究工作。從此，渦流檢測(cè)技術(shù)得到較快的發(fā)展并為生產(chǎn)檢驗(yàn)所采納。近年來，渦流檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為幾種無損檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。六十年代初我國少數(shù)單位開始對(duì)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行基本理論和應(yīng)用技術(shù)的研究， 制成了用于探傷、材質(zhì)分選、測(cè)厚等各種用途的渦流檢測(cè)設(shè)備， 成立了渦流儀器 生產(chǎn)的專業(yè)工廠，在航空航天、冶金、機(jī)械、化工、輕工等許多工業(yè)部門，渦流 檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用己同益增多并日趨成熟。 近年來，我國以清華大學(xué)和南京航空航 天大學(xué)為代表的大專院校和科研單位，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和三維缺陷阻抗圖的 研究方面取得了很大進(jìn)展。在現(xiàn)代社會(huì)，信息技術(shù)是由傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù) 和通信

13、技術(shù)組成的。它們共同承擔(dān)信息采集、處理和傳輸任務(wù)。隨著電子技術(shù)， 尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息理論的飛速發(fā)展，渦流檢測(cè)技術(shù)受到深刻的影響并展現(xiàn) 出新的前景。從渦流檢測(cè)儀器的發(fā)展歷程來看， 可分為五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是 以分立元件為基礎(chǔ)，采用簡(jiǎn)單諧振方式的一維顯示模擬儀器，只有一種檢測(cè)頻率； 第二代產(chǎn)品是以阻抗平面分析法為基礎(chǔ)，部分采用集成電路技術(shù)的二維顯示模擬 檢測(cè)儀器，檢測(cè)時(shí)可以選用不同的激勵(lì)頻率以適應(yīng)不同檢測(cè)材料的要求；第三代產(chǎn)品是多頻渦流儀，檢測(cè)時(shí)對(duì)探頭同時(shí)施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的檢測(cè)頻率，利用不同頻率下被檢金屬材料反射阻抗不同的原理， 提高了對(duì)材料特性或缺陷的檢 測(cè)能力，并通過混頻處理抑制干

14、擾信號(hào)， 達(dá)到去偽存真的目的；第四代產(chǎn)品是以 計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、數(shù)字化產(chǎn)品，具特點(diǎn)是能夠大大簡(jiǎn)化操作，提高檢 測(cè)效率和數(shù)據(jù)處理能力，并具備頻譜分析、渦流成像等功能；第五代產(chǎn)品是 DSP 技術(shù)、陣列技術(shù)、多通道技術(shù)、通信傳輸技術(shù)及其他無損檢測(cè)技術(shù)相互融合為一 體的多功能儀器，它能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行檢測(cè)、分析、判斷，并通過對(duì)其他技術(shù)的輔 助檢測(cè)，驗(yàn)證其結(jié)果的正確性。因此，可以說第五代產(chǎn)品是當(dāng)代最先進(jìn)的電子信 息技術(shù)之集成，是電磁檢測(cè)技術(shù)的一大飛躍。在渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展過程中出現(xiàn) 以下幾種新的技術(shù)方向：1 .多頻渦流檢測(cè)技術(shù)和脈沖技術(shù)2 .遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)3 .渦流陣列測(cè)試技術(shù)4 .磁光/渦流成像

15、檢測(cè)技術(shù)1.2課題研究方案及研究意義本次課題是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室所用的電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娐愤M(jìn)行研究、優(yōu)化，進(jìn)而提高電路的抗干擾能力使測(cè)量結(jié)果的更加準(zhǔn)確。接著對(duì)改善電渦流位移 傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問題進(jìn)行了設(shè)想。步驟如下:1 .對(duì)電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈 截面形狀及參數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響。2 .從電路設(shè)計(jì)方面提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量 程打下基礎(chǔ)。3 .對(duì)電渦流傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得出解決量程擴(kuò)展和非線性問題。最后一部分是本次做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室CSY-200

16、0D 型傳感器檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)的維修進(jìn)行記錄。2電渦流傳感器的原理及應(yīng)用電渦流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一、頻率響應(yīng)快、靈敏度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)， 其應(yīng)用已非常廣泛，本節(jié)將會(huì)對(duì)其工作原理機(jī)應(yīng)用進(jìn)行介紹。2.1 電渦流傳感器的簡(jiǎn)介2.1.1 傳感器構(gòu)成及電渦流傳感器的工作原理傳感器構(gòu)成框圖如下圖2-1 :圖（2-1 ）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)傳感器探頭線圈通以正弦交變電流i1時(shí)，線圈 周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1 ,它使置于此磁場(chǎng)中的被測(cè)金屬導(dǎo)體表面產(chǎn) 生感應(yīng)電流，即電渦流，如圖2-2中所示。與此同時(shí)，電渦流i2又產(chǎn)生新的交變 磁場(chǎng)H2; H2與H1方向相反，并力圖削弱H1 ,從而導(dǎo)致探頭線圈的等效電

17、阻相 應(yīng)地發(fā)生變化。具變化程度取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電阻率 p ,磁導(dǎo)率以，線圈與 金屬導(dǎo)體的距離x,以及線圈激勵(lì)電流的頻率f等參數(shù)。如果只改變上述參數(shù)中的 一個(gè)，而其余參數(shù)保持不變，則阻抗Z就成為這個(gè)變化參數(shù)的單值函數(shù)，從而確 定該參數(shù)的大小。電渦流傳感器的工作原理，如圖2-2所示：圖（2-2 ）電渦流工作原理2.1.2 電渦流傳感器等效電路分析為了便于分析，把被測(cè)金屬導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電 流，這樣就可以得到如圖2-3所示的等效電路。圖中R1, L1為傳感器探頭線圈的電阻和電感，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路 線圈，其中R2, L2為被測(cè)導(dǎo)體的電阻和電感。探頭線圈和導(dǎo)體之間存在一

18、個(gè)互 感M,它隨線圈與導(dǎo)體間距離的減小而增大。U1為激勵(lì)電壓，根據(jù)基爾霍夫電壓平衡方程式，上圖等效電路的平衡方程式如下:R2I? j L2R - j MI? =0（2-1）- R1I? j L1I? - j MI? =U1經(jīng)求解方程組，可得i 1和反表達(dá)式:UiR22 +(明)2R2 j I L1222M L222R2( L2)2(2-2)M七？ jMR2I?2,2R2 +(叫)由此可得傳感器線圈的等效阻抗為Z十Ri22-M 22、2R2 +(明)R2j 1-'Li2M 21-2 L2 (2-3)R2(L)從而得到探頭線圈等效電阻和電感通過式（2-4）的方程式可見：渦流的影響使得線圈阻

19、抗的實(shí)部等效電阻增加，而虛部等效電感減小，從而使線圈阻抗發(fā)生了變化，這種變化稱為反射阻抗 作用。所以電渦流傳感器的工作原理，實(shí)質(zhì)上是由于受到交變磁場(chǎng)影響的導(dǎo)體中 產(chǎn)生的電渦流起到調(diào)節(jié)線圈原來阻抗的作用。22R2(2-4)MR - Ri22R2( l2)222Z表示成如下一個(gè)L=L1 '( L2)2 L2因此，通過上述方程組的推導(dǎo)，可將探頭線圈的等效阻抗簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系：.,'本函數(shù)關(guān)系是一個(gè)多自變量的函數(shù)關(guān)系， 雖然本函數(shù)關(guān)系為多自變量，但仍 然非常適用，在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中所使用的數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)。其中，x為檢測(cè)距離；以為被測(cè)體磁導(dǎo)率；p為被測(cè)體電阻率；f為線圈中激 勵(lì)電流

20、頻率。所以，當(dāng)改變?cè)摵瘮?shù)中某一個(gè)量，而固定其他量時(shí)，就可以通過測(cè)量等效阻 抗Z的變化來確定該參數(shù)的變化。在目前的測(cè)量電路中，有通過測(cè)量AL或AZ等來測(cè)量x,p,炫,f的變化的電路。2.2 電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、大型冷 卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、 偏心、以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)量和保護(hù)。可測(cè) 量內(nèi)容如下：金屬元件合格測(cè)量換向片測(cè)量裂痕測(cè)量軸承測(cè)量非導(dǎo)電材料厚度測(cè)量表面不平整度測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量差動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量軸心軌跡測(cè)量脹差測(cè)量偏

21、心測(cè)量等。3電渦流傳感器試驗(yàn)電路設(shè)計(jì)位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的，一般來說小位移的測(cè)量通常有 應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器等方法來檢測(cè)，大的位移 常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測(cè)量，由于電磁測(cè)量方法能直 接輸出電信號(hào)，方便轉(zhuǎn)化，易于控制，所以應(yīng)用的最為廣泛。電渦流傳感器就屬 于電磁法的一種，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，可實(shí)現(xiàn)非接觸 測(cè)量受介質(zhì)。與接觸式測(cè)量傳感器相比，非接觸測(cè)量的方法由于不接觸可以減少 磨損；與其他類型的位移傳感器相比較，電渦流位移傳感器具有長期工作可靠性 好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、不受油污影響、結(jié)

22、構(gòu)簡(jiǎn)單 等優(yōu)點(diǎn)。3.1 電渦流傳感器側(cè)位移電路原理1）電渦流傳感器測(cè)量電路圖（3.1.1 ）電渦流傳感器安裝示意圖圖（3.1.2 ）電渦流位移傳感器實(shí)驗(yàn)電路2）電渦流傳感器側(cè)位移實(shí)驗(yàn)基本原理通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電 磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀， 故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電 流頻率及線圈與金屬體表面的距離 x等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗 一部分磁場(chǎng)能量，從而改變磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效 應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線圈與金屬體表面不接觸），當(dāng)線圈與金

23、屬以表面的距離x以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。3.2 數(shù)據(jù)處理1 .根據(jù)電渦流傳感器側(cè)位移實(shí)驗(yàn)接線圖接線2 .求取電壓與位移的函數(shù)關(guān)系在這之前首先要對(duì)電壓表進(jìn)行校零，因?yàn)楫?dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí)，在理想狀 態(tài)下測(cè)微頭值應(yīng)該為零,但實(shí)際測(cè)微頭讀數(shù)不為零,記下當(dāng)前位移值（補(bǔ)償值）， 在以后測(cè)量中，輸出位移值都要進(jìn)行補(bǔ)償（即減去補(bǔ)償位移值）就得到了理論位 移?！半妷海y(cè)量值）”顯示件用來直接顯示位移傳感器的輸出電壓值；“位移（理 論值）”用來表示補(bǔ)償后的位移值。電壓表校零后，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感 器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟住機(jī)箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，

24、然后每隔 0.1mm讀一個(gè)數(shù)，記錄十個(gè)數(shù)據(jù)，繪出電 壓與位移的函數(shù)圖形。分別在側(cè)每隔 0.5mm 1mm 2mnm賣一個(gè)數(shù)的十組數(shù)據(jù)。X(mm)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9V(v)00.070.160.250.340.440.540.660.760.87表（1）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.04.5V(v)00.430.961.592.283.033.804.575.336.03表X(mm)0123456789V(v)00.972.273.795.336.707.808.659.319.80表X(mm)024681012141618V(v

25、)02.265.297.779.3210.1810.6610.6910.6910.69表函數(shù)圖中曲線1為理想曲線，曲線 2為數(shù)據(jù)表所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線。對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并和其所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過四組之間的對(duì)比分析得出結(jié)論：傳感器所測(cè)位移的線性范圍在1.25mm-2.08mm之間，而傳感器的外徑為6.25mm 。3.3實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論的應(yīng)用整合描述由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和V-X曲線分析得到：由于電渦流效應(yīng)的特性，傳感器的線性 量程很小，一般傳感器的線性量程只有傳感器探頭外徑的1/3-1/5。4設(shè)想對(duì)改善電渦流位移傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問題進(jìn)行了 設(shè)想。具體如下：4.1 對(duì)電渦流傳感器測(cè)

26、量范圍小和非線性問題改善的設(shè)想對(duì)電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈截面形狀及參數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響。4.1.1 檢測(cè)線圈的選擇電渦流位移傳感器的檢測(cè)線圈是傳感器的核心部分，它的各種參數(shù)，如形狀，內(nèi)徑，外徑，厚度，以及纏繞用的材料都與傳感器的性能參數(shù)有很大的關(guān)系。對(duì)于檢測(cè)線圈的參數(shù)的選擇，我們總結(jié)前人研究成果，可以得出以下幾點(diǎn)：1）從形狀對(duì)比：線圈截面面積對(duì)傳感器性能有直接影響 ，不同截面的線圈產(chǎn)生 的集膚效應(yīng)不同，對(duì)于用于位移量檢測(cè)的電渦流傳感器，圓柱線圈比矩形柱線圈 更適用；2）當(dāng)線圈匝數(shù)密度相同時(shí)，線圈內(nèi)徑越小、 外徑越大、厚度越厚，傳

27、感器的靈 敏度就越高，線性范圍越小。反之也成立；3）線圈匝數(shù)密度對(duì)傳感器性能影響較大， 在相同的線圈幾何參數(shù)下，線圈的匝 數(shù)密度越大，傳感器的靈敏度越高，線性范圍越大；4）線圈截面形狀對(duì)傳感器性能產(chǎn)生重要影響，其中倒梯形截面線圈磁場(chǎng)能量損失最少，在相同的位置磁場(chǎng)強(qiáng)度變化梯度最大。根據(jù)以上總結(jié)前人的研究，得出：漆包線的直徑越小，線圈匝數(shù)密度越大， 而匝數(shù)越大，傳感器的靈敏度就會(huì)越高，線性范圍也越大。4.1.2 檢測(cè)線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電渦流傳感器的檢測(cè)線圈對(duì)傳感器的性能有著很大的影響，因此在繞制線圈的過程中，框架材料的選擇也是非常重要的。 為了減少溫漂和干擾，我們要求傳 感器線圈的損耗小，熱膨脹系

28、數(shù)小，電性能好，因此在制作的時(shí)候多選用聚四氟 乙烯，陶瓷，聚酰亞胺，碳化硼等材料；線圈的導(dǎo)線也是一個(gè)很重要的因素，一 般采用高強(qiáng)度漆包銅線，如果要求更高，就要使用銀線和銀合金線，在高溫條件 下使用可以用銖鴇合金線。4.2 電路設(shè)計(jì)的方向從電路設(shè)計(jì)方面提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量 程打下基礎(chǔ)。1）電渦流傳感器的非線性問題在傳統(tǒng)標(biāo)定的過程中我們希望儀表的輸入一輸出關(guān)系具有直線特性，這樣在信號(hào)分析電路部分可以很簡(jiǎn)單的用一個(gè)相移電路和放大電路就讓輸出電壓和位 移有一個(gè)很明確簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而且可以使傳感器在測(cè)量范圍內(nèi)具有相同的靈 敏度。但實(shí)際上許多輸入輸出關(guān)系并不具有直線關(guān)系，

29、這樣會(huì)使測(cè)量電路復(fù)雜化。 由于實(shí)際測(cè)量的過程中，傳感器的非線性性的存在就給傳感器的測(cè)量帶來了兩個(gè) 問題：1.輸出曲線經(jīng)過擬合使實(shí)際曲線失真，最后輸出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較 大的誤差；2.由于傳感器線性度的限制，傳感器最后的有效量程大大減小了， 非 線性部分的結(jié)果將變成無效的結(jié)果。針對(duì)以上兩個(gè)問題，設(shè)想結(jié)合虛擬儀器和pc機(jī)提出了一種方法，改善以上的問題。2）傳感器人工標(biāo)定的誤差問題傳感器標(biāo)定裝置在制造的過程中，儀器本身難免會(huì)存在微小誤差；而工作人 員在目測(cè)讀數(shù)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)誤差，因此傳感器的測(cè)量結(jié)果和工作人員的自身素質(zhì)有 關(guān)。作為傳感器的標(biāo)定人員，由于常年重復(fù)同的工作，體力和心理上都會(huì)出現(xiàn)疲 憊，這樣

30、也會(huì)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)誤差。但如果使用虛擬儀器和pc機(jī)結(jié)合的方法則可有效避免這種情況的發(fā)生。4.3 設(shè)想總結(jié)對(duì)電渦流位移傳感器實(shí)際等效電路進(jìn)行分析研究， 通過實(shí)驗(yàn)找出電渦流位移 傳感器的諧振頻率，分析比較各種電渦流位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，最后設(shè)計(jì)出了 一種穩(wěn)定的電渦流傳感器電路； 對(duì)電渦流位移傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的標(biāo)定， 克服之 前傳統(tǒng)標(biāo)定誤差大的缺陷，對(duì)信號(hào)用matlab軟件進(jìn)行處理，擴(kuò)展了傳感器的測(cè) 量范圍；采用虛擬儀器與pc機(jī)結(jié)合的方法解決傳感器非線性性的存在所帶來的 問題。采用上述設(shè)想設(shè)計(jì)電路可改善傳感器的非線性和量程小的問題。5 CSY-2000D型傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)臺(tái)維修記錄CSY2000系列傳感

31、器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、溫度源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振 動(dòng)源、傳感器、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌、示波 器等組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主機(jī)箱可提供高穩(wěn)定的士 15V、±5V、+5M ± 2V- ± 10V （步進(jìn)可調(diào)）、+2V-+24V （連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號(hào)源（音頻 振蕩器）1KHl 10KHz （連續(xù)可調(diào)）；低頻信號(hào)源（低頻振蕩器）1Hz 30Hz （連續(xù)可調(diào)）；氣壓源 020Kpa （可調(diào)）；溫度（轉(zhuǎn)速）智能調(diào)節(jié)儀；計(jì) 算機(jī)通信口；主機(jī)箱面板上裝有電壓、頻率轉(zhuǎn)速、氣壓、計(jì)時(shí)器數(shù)顯表；漏 電保護(hù)開關(guān)等。由于做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)常用到實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的一些

32、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能塊 和模塊是壞的，如：電壓表、計(jì)時(shí)器、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０搴娃D(zhuǎn)動(dòng)源等。為 了使實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能在課堂實(shí)驗(yàn)中正常使用，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)０暹M(jìn)行維修并做了如下記錄：1 .電壓表功能塊的維修檢修步驟：1）觀察電路板上的元件是否有明顯的損壞，觀察電路板接線是否有明顯的 燒焦及斷線、短接等現(xiàn)象。如有的話則進(jìn)行維修，維修后檢測(cè)所謂修電路是 否可以正常使用，若可正常使用則維修完畢。2）如無明顯故障，則需使用萬用表對(duì)電路板接線進(jìn)行線路排查即排線。若 排線存在故障，則對(duì)其進(jìn)行維修，直到所有線路排查接通無誤，然后檢測(cè)所 維修電路是否可以正常使用，若可正常使用則維修完畢。3）如排線后所有接線正常接通，則需對(duì)電路板上的所有元器件進(jìn)行測(cè)量， 檢測(cè)出損壞的元器件并進(jìn)行更換。 直到所有元器件檢測(cè)無誤后，檢測(cè)所維修電路是否可以正常使用，若可正常使用則維修完畢電壓表功能塊原理圖（5.1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)2電壓表功能塊損壞，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)是電路板接線有斷線， 對(duì)斷線進(jìn)行焊接后檢測(cè)電壓表可正常使用，所以實(shí)驗(yàn)臺(tái)2的故障為電路板接線斷線。實(shí)驗(yàn)臺(tái)3電壓表功能塊損壞，經(jīng)過對(duì)電路板接線的排線，發(fā)現(xiàn)接線正 常接通，對(duì)電路板上元器件的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是晶體管內(nèi)部損壞，因無法判斷其型 號(hào)最終安裝一塊新電壓表。2 .應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓木S修應(yīng)變傳感